Potlačování masového rozvoje sinic na přehradě Brno
Problém znečištění povrchových vod živinami, především fosforem a důsledky masového rozvoje sinic se stává stále vážnějším. Nadměrný přísun živin naplavenin a organických látek vede ke zhoršování kvality vody a vede k rozvoji vodního květu sinic a tím k omezení nejen rekreačního využití nádrží.
Abstract
V souvislosti s realizací opatření na Brněnské přehradě bylo v posledních deseti letech investováno přes 2 miliardy korun do povodí nad nádrží (především do odkanalizování obcí a ČOV, protierozních a protipovodňových opatření pro zadržení přívalových srážek apod.). Opatření v nádrži vlastní představují desetinu finančních prostředků a soustřeďují se na srážení fosforu na přítoku a na aerační a destratifikační opatření v těle nádrže. Opatření byla navržena Centrem pro cyanobakterie a jejich toxiny ve spolupráci s odborníky z Holandska, Anglie a Austrálie a zatím jsou výsledky tohoto projektu více známy v zahraničí, kde budí náležitou pozornost. Srážení externích zdrojů fosforu sírany železa jsou v zahraničí vyhodnocovány v posledních letech jako technologicky realizovatelné, ekologicky přijatelné a ekonomicky významně výhodnější opatření než řešení rozptýlených a bodových zdrojů a je více a více navrhováno především u vodárenských nádrží. V případě Brněnské přehrady jde o první takovou aplikaci v ČR, kde se daří snižovat fosforečnany z 0,25–85 mg/l na 0,01 mg/l. Také aerační a destratifikační opatření jsou plně funkční a díky promíchání vodního sloupce podporují rozvoj konkurenčních rozsivek, které spotřebovávají zbytkový fosfor, což je předpokládaný efekt těchto opatření. Vzniká tak prostor k dalším opatřením snižování fosforu a externího zdroje inokula sinic na přítoku. Sinice z rybníků nad nádrží byly v minulém roce jediným zdrojem vodního květu koncem roku 2010, protože po letnění nádrže v jejích sedimentech prakticky žádné nebyly. Díky systému opatření je Brněnská přehrada již druhý rok bez vodních květů sinic.
Úvod
Problém znečištění povrchových vod živinami, především fosforem a důsledky masového rozvoje sinic se stává stále vážnějším. Nadměrný přísun živin naplavenin a organických látek vede ke zhoršování kvality vody a vede k rozvoji vodního květu sinic a tím k omezení nejen rekreačního využití nádrží.
Opatření realizovaná v rámci projektu “Realizace opatření na Brněnské údolní nádrži” jsou v naší republice ojedinělá a výjimečná.
Aktivity v povodí a příprava projektu
Projekt Čisté povodí Svratky začal v roce 2003 a postupně se do něj zapojilo Povodí Moravy s.p., jako správce a vlastník nádrže, Město Brno, Jihomoravský kraj, kraj Pardubický a kraj Vysočina. V průběhu zpracování dokumentací pak byla ke spolupráci oslovována odborná i laická veřejnost, jednotlivé fáze byly předávány na dotčené úřady (např. pozemkové úřady) k využití při jejich činnosti.
Projekt Čisté povodí Svratky od samého začátku hodnotil kompletní povodí nad Brněnskou údolní nádrží včetně povodí Svratky, které leží nad nádrží Vír. Z hodnocení celého povodí vyplynuly zásadní okruhy činností, které sníží znečištění fosforem v povrchových vodách a následně omezí přísun fosforu do nádrží. Fosfor je akceptován jako dominantní živina pro sinice a v ideálních kombinaci podmínek dochází k masivnímu rozvoji sinic a následným hygienickým a ekotoxikologickým problémům.
Z přípravné dokumentace projektu vyplynulo, že kvalitu vody v povodí Brněnské přehrady na území JMK ovlivní 76 obcí, ze kterých má čistírnu vybudovánu nebo v realizaci 31 měst a obcí s cca 40 000 obyvateli a 45 obcí s velikostí většinou mezi 100–200 obyvateli (celkem cca 7 500 obyvateli) vypouští své odpadní vody zatím bez čištění. Důležitý je také fakt, že 4 města a obce s celkovým počtem cca 11 500 obyvatel (Kuřim, Lipůvka, Moravské Knínice, Rozdrojovice) odkanalizovávají své odpadní vody na ČOV Modřice a neovlivňují tedy kvalitu vody v Brněnské přehradě.
Mezi důležité činnosti, které jsou aktivně realizovány v povodí se tedy řadí výstavba a rekonstrukce kanalizačních systémů a čistíren odpadních vod, budování retenčních vodních nádrží v krajině, realizací plošných protierozních a ekologických opatření včetně revitalizace toků, snižováním podílu orné půdy ve prospěch trvalých travních porostů a pásů poříční vegetace. V rámci povodí jsou průběžně podávány a realizovány vodohospodářské projekty, realizace staveb kanalizací, čistíren. Jedná se o dlouhodobou činnost, která je náročná nejen na vyřízení příslušných povolení, ale také na zajištění dostatečných finančních objemů. Celkem bylo od roku 2004 až do 2010 z dotačních titulů jen kraje Jihomoravského do povodí Svratky na území Jihomoravského kraje investováno 72 220 600 Kč na podporu projektů a tato částka přinesla investice na projekty v celkové výši cca 1,7 mld. na realizace kanalizací a ČOV a na stavby protipovodňových a protierozních opatření. Další opatření a investice byly realizovány v kraji Vysočina a v kraji Pardubickém, takže tvrzení, že projekt omezení rozvoje sinic na Brněnské přehradě řeší pouze nádrž a ne povodí je neznalostí faktů. Rozpočet 160 milionů Kč na opatření v nádrži tvoří cca 6,5 % již vynaložených prostředků v povodí nad nádrží. V projektech omezení rozvoje sinic v zahraničí je běžné, že po cca 5–7 letech je účinnost opatření v povodí i v nádrži vyhodnocována a na základě dat jsou navrhovány další kroky. To bude předmětem činností v nadcházejících letech a z této aktivity vzejdou další podklady pro volbu prioritních opatření v povodí nad nádrží.
Projekt byl připravován od roku 2003 a měl několik přípravných fází. I když ve finále doznal několik změn, je založen na kombimaci opatření v povodí nad nádrží a v nádrži vlastní.
- Kombinuje opatření protipovodňová a protierozní (s cílem zachytit vodu a živiny v krajině).
- Předpokládá stavbu záchytných poldrů a mokřadů.
- Monitoruje zdroje živin a externího inokula sinic v povodí nad nádrží.
- Na přítoku zavádí aplikaci síranu železitého s cílem srážet inokulum sinic a živiny na přítoku.
- V nádrži vlastní pak systém opatření obsahuje letnění a ošetření sedimentů vápenným hydrátem, změnu rybí obsádky výsadbou ryb dravých a odlovem ryb bentofágních, aerační a destratifikační zařízení a pojistné mechanismy, jako sběr biomasy sinic a aplikace PAX 18.
V dalším textu rozvedeme některá opatření podrobněji:
Mimořádná manipulace s hladinou, letnění nádrže a ošetření sedimentů vápenným hydrátem
Toto opatření bylo prováděno především s cílem podpořit proces mineralizace, a tím snížit mocnost organicky bohatých dnových sedimentů, a tím vést ke snížení množství sinic v sedimentech, restrukturalizaci složení a aktivit mikrobiálních společenstev a omezení nutnost těžit sedimenty (výpočet množství sedimentů a ceny za těžbu byla vyhodnocena jako nepřijatelná, proto byla navržena opatření k ošetření sedimentů „in-situ“.
Vápnění bylo provedeno v několika krocích, poprvé v roce 2007 na podzim (200 kg vápenného hydrátu na hektar), na jaře a na podzim roku 2008 v množství 400 kg na hektar, stejně jako na jaře 2009.
Z monitoringu vlivu aplikace vápenného hydrátu na obnažené břehy vyplynulo následující:
- Aplikace neměla negativní vliv na ekologicky důležité parametry a procesy – pH v nádrži ani na odtoku nebylo prakticky změněno, kyslíkový režim nebyl detekovatelně ovlivněn a ani nebyl zaznamenán vliv na rybí obsádku.
- Monitoring prokázal nastartování předpokládaných procesů, především ve svrchní vrstvě sedimentu, kde došlo k poklesu celkového fosforu (z hodnoty 2710 v únoru na 964 mg/kg v červnu na vápněné ploše a na kontrolní nevápněné ploše došlo ke snížení koncentrace z 1350 v únoru na 1310 mg/kg PT v červnu).
- Došlo i k mírnému poklesu hodnot celkového organického uhlíku.
Jedním z klíčových cílů bylo omezení, resp. snížení množství sinic v sedimentech. Nastartování tohoto trendu bylo rovněž patrné již v červnu na vápněné ploše oproti ploše kontrolní. V říjnovém odběru pak byl patrný nárůst sinic, který byl důsledkem vysedimentování biomasy z vodního sloupce, tím byl sediment obohacen prakticky po celé ploše.
Z monitoringu tedy vyplynulo, že pokud nebude omezen rozvoj sinic ve vodním sloupci, dojde k navrácení procesu, protože množství organických sedimentů, které tvoří biomasa sinic z vodního sloupce, je vyšší, než je mineralizační kapacita procesů, která je nastartována a podpořena vápněním, obnažením a vymrznutím obnažených sedimentů. Je tedy nutné toto opatření realizovat společně s dalšími, jako je omezení vnosu organických látek a živin na povrch sedimentů (omezení tvorby biomasy sinic v nádrži). Proto byla realizována následná mimořádná manipulace s hladinou, tzv. letnění dna nádrže, které mělo za důsledek drastické snížení množství sinic v sedimentech nádrže (z 33–37 mil.b/ml sedimentů na řádově stovky b/ml sedimentů).
Srážení fosforu a externího inokula sinic na přítoku
Součástí realizace opatření na brněnské údolní nádrži je také srážení fosforu (jakožto klíčového nutrientu) na přítoku do nádrže. Srážení se děje dávkováním PIXu 113 (41% síranu železitého) do říčního profilu. Dávkování je ve 4 bodech, a to dávkou 10 až 30 mg/Al l podle koncentrace přitékajícího fosforu. Dávka PIXu je naředěná říční vodou, která je jímaná z koryta řeky Svratky. Směs PIXu a vody je čerpána do 4 trysek pod vodní hladinu.
Zásoba koagulantu je ve 3 dvacetikubíkových nádržích. Dávkovaní provádí dávkovací čerpadlo v závislosti na nastavené koncentraci a na průtoku vody v řece. Celý systém dávkování je možné ovládat přes webové rozhraní, nebo manuálně přímo z rozvaděče v technologickém kontejneru.
Srážení napomáhá nejen omezení vnosu živin, ale i biomasy sinic z povodí nad nádrží. Monitoring vlivu srážení síranem železitým (PIX) je zaměřen především na sledování koncentrace fosfátů, jakožto hlavního nutrietu přicházejícího z povodí nad nádrží. Dále bylo sledováno, kromě základních parametrů kvality vody jako například pH, vodivost, zákal, teplota, i množství celkového železa.
Z výsledků sledování je patrné, že i velmi malá dávka koagulantu (10 až 20 mg/l PIXu) sníží množství fosfátů až o 90 % (graf č. 1). Současně je sledováno i množství inokula sinic přicházející z povodí nad nádrží během celé sezóny, a to v ČR zcela unikátním on-line systémem s dálkovým datovým přístupem, takže máme on-line kontrolu. Ukazuje se jako velmi důležité sledovat vybrané parametry od přítoku až do těla nádrže před, během i po aplikaci PIXu.
Srážení na přítoku je ojedinělé a unikátní nejen u nás, ale i v Evropě a ukázalo se jako velmi důležitá složka opatření omezení masového rozvoje sinic.
Graf č. 1 Koncentrace fosfátů v dubnu před srážením a v červnu při aplikaci PIX 113
Aerace a míchání nádrže
Technické a technologické řešení aeračních věží
Jedná se o ojedinělý projekt 20 aeračních/destratifikačních věží, který dosud ještě nebyl nikde postaven ani provozován. Funkce věží je spočítána pomocí nejlepšího dostupného software a je ověřena provozní zkouškou. Aerační zařízení je vybudováno jako dočasné a bude ve funkci po smluvenou dobu 3 až 8 let a bude provozováno od dubna do října. Aerační technologie je navržena s cílem podpořit rozklad organických látek v sedimentech a vytvořit podmínky pro rozšíření životního prostoru organismů vázaných na kyslík v lokalitách nádrže, kde je kyslíku nedostatek. Tím by mělo být podpořeno zvýšení druhové skladby organismů a potlačení dominance sinic. Dalším principem je narušení životního cyklu sinic rodu Microcystis, který tvořil dominantu vodních květů sinic v posledních dvaceti letech. Jde o multifunkční princip, především o úbytek infekceschopného inokula v sedimentech nádrže, narušení přirozené migrace ve vodním sloupci, podpora konkurenčních řas a rozsivek, a tím nasměrování trofie do netoxických společenstev fytoplanktonu atd.
Aerační technologie
Pro aeraci byly použity dva systémy. První systém pracuje se směsí voda vzduch, kdy aerátor míchá nasávanou vodu a obohacuje ji přisávaným vzduchem, přičemž směs vody se vzduchem je vháněna do hloubek s anoxickým prostředím. Aeračních věží tohoto typu je pět. Druhá technologie je založena na čerpání vody s dostatečným množstvím kyslíku z hloubky 2 m pod hladinou, která je dopravována aerační věží opět do oblasti anoxického prostředí (tj. cca 1 m nad sediment).
Všechny aerační věže byly umístěny pod hladinou vody ve vodním sloupci tak, aby jejich konstrukce nezasahovala v průběhu aerační sezóny výše jak 2 m pod hladinu. Čerpadlové věže jsou upraveny tak, aby je bylo možno nastavit podle výšky hladiny (od 229 m n.m. po 227 m n.m).
Řízení obsahu kyslíku ve vodě
Řízení celého systému aerace je prováděno pomocí in-situ instalovaných kyslíkových čidel operátorem přes internet nebo manuálně přímo v kontejnerech. Operátor má k dispozici data ze 4 sond s měřením kyslíku (v mg/l i v % nasycení) a teploty. Na základě koncentrací rozpuštěného kyslíku u dna nádrže operátor ovládá jednotlivé aerační věže. Řízení je operativní s návazností na množství kyslíku ve vodě, na teplotě vody, na srážkových událostech, větrném počasí atd. Limitním parametrem je koncentrace O2 u dna 2 mg/l. Ovládání aeračních věží je přes internet nebo manuálně v jednotlivých strojovnách.
Graf č. 2 Srovnání dat kyslíkové stratifikace nádrže
Změna rybí obsádky
Odlov ryb a jejich přemístění do okolních toků a nádrží tak, aby při snížené hladině nedošlo k masovému úhynu ryb. Rybáři odlovili za pomoci elektrického agregátu část rybí obsádky. Moravský rybářský svaz koordinuje strukturu zarybnění nádrže se zpracovatelem projektu a posouvá skladbu směrem k dravým rybám s cílem omezit bentofágní ryby.
Pojistné mechanismy
Sběr biomasy je prováděn ze speciálního plavidla (technologické lodi), které čerpá vrstvu vyflotovaných sinic u hladiny. Sinice jsou odděleny na pásovém filtru. Odfiltrovaná voda se vrací zpět do přehrady, odseparované sinice jsou stírány do kontejneru na lodi. Kontejner naplněný sinicemi je odvezen k ekologické likvidaci. Technologická loď má statut „malého plavidla“ a je opatřena všemi potřebnými certifikáty pro práci na vodní ploše.
Aplikace solí hliníku, které byly plánovány v projektu zatím nebylo potřeba použít, protože výše popsaná kombinace opatření umožnila udržet kvalitu vody v Brněnské údolní nádrži bez masového rozvoje sinic s průhledností kolem 2–4 metrů.
Závěr
Příspěvek přináší první ucelenou informaci o výsledcích opatření realizovaných v Brněnské údolní nádrži s cílem omezení masového rozvoje sinic. Opatření realizovaná v povodí nad nádrží mají dle předpokladů pomalejší nástup efektivity a snižování trofie povodí je pozvolné, ikdyž opatření jsou realizována jak v oblasti bodových tak plošných zdrojů fosforu. Jako závažný problém se jeví externí zdroje inokula sinic z povodí, který pochází z rybníků. Významný efekt na omezení rozvoje sinic mělo letnění dna, které prakticky vykořenilo sinice dominujícího rodu Microcystis ze sedimentů nádrže. Srážení fosforu na přítoku má po celou dobu aplikace cca 90% účinnost. Aerace a destratifikace v těle nádrže vykazují předpokládané efekty, kdy teplota u hladiny a u dna má rozdíl pouze 2–3 °C. Hlavního efektu – omezení masového rozvoje sinic bylo díky popsané kombinaci metod dosaženo a navíc došlo k podpoře rozvoje rozsivek, které sinicím konkurují o světlo a fosfor, přičemž vytváří hygienicky neškodnou biomasu, která podpořila rozvoj zooplanktonu, který také přispěl k tomu, že Brněnská údolní nádrž po desetiletích koberců sinic měla dva roky bez sinic s průhledností 2–4 metry a s tisícovkami rekreantů, čímž toto vodní dílo opět ožívá.
Poděkování
Tento výzkum je podpořen z projektu č. IM6798593901 Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky a Národní agenturou pro zemědělský výzkum (projekt QH 81012).
Tento příspěvek byl již publikován na konferenci "Vodní toky 2011".
Literatura
- [1] Maršálek B., Pochylý F., Palčík J. (2010): Destratifikacea aerace – metody biotických a biotických podmínek v nádržích. In.: Cyanobakterie 2010, 16.–17. června 2010, Brno, Česká republika, 89–93.
- [2] Nordin R.N., McKean C.J.P.(1982): A Review of Lake Aeration as a Technique for Water Quality Improvement, APD Bulletin 22, British Columbia, s. 40
- [3] Farsi M., Kettab A., Benmamar S. and Benziada S.(2009): Compartive studie softhemechanicaloxygenation systéme used in therestoration of lakeand reservoáre, JFAE, p. 815–822
- [4] Kunihiko A., Masayoshi F. (2002): Water duality change cause by theapplication of destratification type Aeration/circulation in a dam reservoir. Proceedings od EnvironmentalResearch, 191–200
- [5] OP ŽP www.opzp.cz
The problem of pollution of surface water by nutrients, especially phosphorus and consequences of mass development of cyanobacteria is becoming increasingly serious. Excessive intake of nutrients and organic matter deposition leads to deterioration of water quality and leads to the development of cyanobacteria and thereby to reduce the recreational use of reservoirs as well as other use.